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摘要：对于面向中低温太阳能的蓄热利用,石蜡用作相变材料,具有相变潜热高、几乎无过冷和相分离现象、价廉易获取等优点,低热导率却在一定程度上影响了系统传热速率,所以提高系统换热性能变得十分重要。而管壳式相变蓄热器是目前工业生产中使用最为广泛的换热设备。但近年来,对石蜡熔化传热问题的数值模拟一般忽略其相变过程中密度改变引起的体积膨胀,考虑对流的管壳内相变传热问题的研究也少见于文献报道。本文对水平圆管的相变传热问题建立数学模型,通过数值模拟的方法,分析石蜡作为相变材料的熔化特性；并进一步引入基本环形管壳换热器,对管壳内石蜡的熔化以及凝固过程进行数值模拟,分析管壳单元的蓄放热特性,并探讨系统结构参数以及操作条件对整个相变过程的影响,对结构进行优化得到一种改进的管壳式换热结构,通过提高换热器传热效率以弥补石蜡作为相变材料导热系数小的不足。因此,本文完成的主要研究工作以及取得成果如下：(1)选取常见的圆形管道蓄热单元为研究对象,对石蜡作为相变材料的熔化传热过程进行了数值研究,并考虑熔化过程中石蜡体积变化以及液相区域的自然对流。通过数值模拟结果对熔化过程液相比、系统灿效率以及壁面传入能量的变化趋势进行分析,确定了相变过程性能表征参数：液相比以及(?)效率。(2)为了考虑石蜡的蓄热利用,对以RT27作相变材料、水作载热流体的管壳式相变蓄热单元进行了数值模拟,分析石蜡的熔化及凝固过程传热特性。通过改变圆管壁温、过冷度、内管位置及内管直径等参数,对换热单元的热性参数随时间变化进行对比分析,结果表明：内管位置及尺寸的变化导致换热结构的改变,影响了管内的温度分布并改变自然对流区域,最终导致石蜡的熔化速率的不同。(3)对基本环形管壳式换热单元进行优化,提出一种改进的管壳换热结构。通过改变该换热单元中两个相关结构参数(外层换热单元个数n和直径比r),对石蜡相变过程温度分布及熔化时间进行分析,结果表明：不同内管位置和直径改变了管内温度分布,影响了自然对流产生的强度和位置,从而决定了实时熔化速率；当n=2,r=2时管壳内石蜡熔化时间最短；石蜡在最外层换热单元直径较小时熔化较快。